中泰证券：AI系列之存储近存计算3D DRAM，AI应用星辰大海（64页）.pdf

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1、证券研究报告证券研究报告报告日期：报告日期：2025年年2月月20日日 【中泰电子中泰电子】AI系列之存储：系列之存储：近存计算近存计算3D DRAM，AI应用星辰大海应用星辰大海1分析师：分析师：王芳王芳 S0740521120002杨旭杨旭 S0740521120001目目 录录一、产业趋势：一、产业趋势：DRAM从从2D到到3D，存算一体趋势确立，存算一体趋势确立二、封装级二、封装级3D DRAM：近存计算，高带宽、低功耗契合：近存计算，高带宽、低功耗契合AI场景需求场景需求三、晶圆级三、晶圆级3D DRAM：突破制程瓶颈，目前多种方案探索中：突破制程瓶颈，目前多种方案探索中四、四、投资

2、建议投资建议五、五、风险提示风险提示2目目 录录一、产业趋势：一、产业趋势：DRAM从从2D到到3D，存算一体趋势确立，存算一体趋势确立1.1 2D DRAM制程瓶颈凸显，制程瓶颈凸显，3D是大趋势是大趋势1.2 存内计算难度大，近存计算和存内处理是重要方向存内计算难度大，近存计算和存内处理是重要方向3来源：AMAT官网、Semianalysis、36氪，中泰证券研究所4DRAM是易失性存储器，与是易失性存储器，与CPU/GPU等计算芯片直接交互，可以快速存储每秒执行数十亿次计算所需的信息。等计算芯片直接交互，可以快速存储每秒执行数十亿次计算所需的信息。DRAM三构成：三构成：1）存储单元（C

3、ell），占据50%-55%面积：存储单元是DRAM芯片存储数据的最小单元，每个单元存储1bit数据（二进制0或1），单颗DRAM芯片的容量拓展主要是通过增加存储单元的数量实现（即提高单位面积下的存储单元密度），存储单元基本占据了DRAM芯片50-55%的面积，是DRAM芯片最核心的组成部分。1个存储单元由1个晶体管和1个电容器构成（1T1C结构），晶体管控制对存储单元的访问，电容器存储电荷来表示二进制0或1。2）外围逻辑电路（Core），占据25-30%面积：由逻辑晶体管和连接 DRAM 各个部分的线路组成，从存储单元中选择所需存储单元，并读取、写入数据，包括感应放大器（Sense Ampl

4、ifiers）和字线解码器（Word Line Decoders）等结构，如感应放大器被附加在每个位线的末端，检测从存储单元读取非常小的电荷，并将信号放大信号，强化后的信号可在系统其他地方读取为二进制1或0。3）周边线路（Peripheral），占据20%左右面积：由控制线路和输出线路构成。控制线路主要根据外部输入的指令、地址，让DRAM内部工作。输出/输入线路负责数据的输入（写入）、输出（读取）。DRAM工作原理：工作原理：存储电容器会泄漏电荷，因此需要频繁进行刷新（大约每 32 毫秒一次），以维持存储的数据。每次刷新都会读取存储单元的内容，将位线上的电压提升至理想水平，并让刷新后的值流回电

5、容器，刷新完全在 DRAM 芯片内部进行，没有数据流入或流出芯片。这虽最大限度地减少了浪费的电量，但刷新仍会占据 DRAM 总功耗的 10%以上。图表：图表：DRAM结构图结构图电容器晶体管DRAM模组 DRAM芯片1.1 2D DRAM制程瓶颈凸显，制程瓶颈凸显，3D是大趋势是大趋势图表：图表：DRAM三个构成的占比三个构成的占比1.1 2D DRAM制程瓶颈凸显，制程瓶颈凸显，3D是大趋势是大趋势5来源：Techinsights、AI IMPACTS，中泰证券研究所容量、带宽和功耗是容量、带宽和功耗是DRAM三大关键参数。三大关键参数。1）容量：指存储数据的多少，存储容量最小单位是1bit

6、，即表示存储单个二进制（0或1），另外有B、KB、MB、GB、TB等存储容量单位，关系如下：1B（Byte，B）=8bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。单位面积下，存储单元数量越多、存储容量越高，制程是决定单位面积下存储容量的主导因素。2）带宽：指每秒钟的数据吞吐量，单位TB/s、GB/s，内存带宽=最大时钟速频率(MHz)总线宽度(bits)每时钟数据段数量/8。3）功耗：数据的传输需要的功耗，功耗越低越好。DRAM制程微缩，带来制程微缩，带来DRAM成本下降和容量密度提升。成本下降和容量密度提升。图表：图表：DRAM单位容量价格处于